小型无人机飞控计算机设计

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1、２０１２年１月１５日现代电子技术Ｊａｎ．２０１２第３５卷第２期ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｉｑｕｅＶｏｌ．３５Ｎｏ．２小型无人机飞控计算机设计李厚春，张小林（西北工业大学第３６５研究所，陕西西安７１００６５）摘要：为了解决小型无人机对飞控计算机小型化和高精度要求的问题，设计以ＤＳＰ为核心的主控模块，采用大规模逻辑器件ＣＰＬＤ进行地址译码，完成逻辑处理及隔离、驱动功能，配合接口芯片２８Ｃ９４和ＡＤ／ＤＡ转换芯片设计接口模块、数据采集模块及舵机驱动模块。基于模块化设计的机载飞控计算机具有体积小，功耗低，精度高的特点。系统集成试验和共

2、计１５ｈ的验证飞行试验表明，该计算机处理数据的实时性满足５ｍｓ数据采集、２０ｍｓ控制律解算的要求，其输出精度满足控制系统舵机驱动０．０１Ｖ的要求，总体性能满足验证无人机系统的要求。关键词：无人机；飞控计算机；ＤＳＰ；控制律中图分类号：ＴＮ９１１－３４文献标识码：Ａ文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）０２－０１００－０２ＤｅｓｉｇｎｏｆｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｓｍａｌｌＵＡＶＬＩＨｏｕ－ｃｈｕｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｌｉｎ（Ｔｈｅ３６５Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉ

3、ｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｓｍａｌｌＵＡＶ′ｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｐｕｔｅｒｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｍａｓｔｅｒｃｏｎ－ｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅｗｈｉｃｈｔａｋｅｓＤＳＰａｓａｃｏｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｌｏｇｉｃｃｈｉｐｓｅｔＣＰＬＤｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅａｄｄｒｅｓｓｄｅｃｏｄｉｎｇ，ｉｓｏｌａｔｉｏｎａｎｄｄｒｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｄａｔａａｃ

4、ｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｒｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｉｎ－ｔｅｒｆａｃｅｃｈｉｐ２８ｃ９４ａｎｄＡＤ／ＤＡｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｈｉｐ．Ｔｈｅｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｐｕｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎｆｅａｔｕｒｅｓｓｍａｌｌｓｉｚｅ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｔｅｓｔａｎｄ１５ｈｆｌｉｇｈｔｔｅｓｔｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｓｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅ

5、ｃｉｓｉｏｎｍｅｅｔｔｈｅｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆ５ｍｓｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄ２０ｍｓｃｏｎｔｒｏｌｒｕｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｔｓｏｖｅｒ－ａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅＵＡＶｓｙｓｔｅｍｖａｌｉｄａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＡＶ；ｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｐｕｔｅｒ；ＤＳＰ；ｃｏｎｔｒｏｌｒｕｌｅ的ＣＰＵ芯片以及ＥＰＬＤ，ＦＰＧＡ等大规模逻辑器件也０引言已经出现，其性能比以前的芯片增强，外部电路也大为小型无人机在现代

6、军事和民用领域的应用已越来精简。其中，数字信号处理器（ＤＳＰ）以强大的指令系越广泛。在经历了早期的遥控飞行后，目前其导航控制统、接口功能以及友好的开发环境显示出功能完善，速［１］方式已经发展为自主飞行和智能飞行。导航方式的度快，开发方便等优势，能够有效解决小型飞控计算机改变对飞行控制计算机的精度提出了更高的要求；随着中高速与微型的矛盾，从而使为微、小型无人机量身设小型无人机执行任务复杂程度的增加，对飞控计算机运计的集高速度、高精度和小型化于一体的新型飞控计算算速度的要求也更高；而小型化的要求对飞控计算机的机成为可能。［２］功耗和体积也提出了很高

7、的要求。高精度不仅要求在众多处理器芯片中，最适合小型飞控计算机计算机的控制精度高，而且要求能够运行复杂的控制算ＣＰＵ的芯片当属ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７，其运算速法，小型化则要求无人机的体积小，机动性好，进而要求度以及众多的外围接口电路很适合用来完成对小型无控制计算机的体积越小越好。人机的实时控制功能。它采用哈佛结构、多级流水线操作，对数据和指令同时进行读取，片内自带资源包括１概述１６路１０位Ａ／Ｄ转换器且带自动排序功能，保证最多目前，随着微电子技术的飞速发展，市场上出现了１６路有转换在同一转换期间进行，而不会增加ＣＰＵ的众多功能强大，

8、功耗、体积大大缩小的集成电路。芯片开销；４０路可单独编程或复用的通用输入／输出通道；制造工艺的进步，像ＡＲＭ，ＤＳＰ等集成众多外围电路５个外部中断；集